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吉事励介绍双极和双向电源电路图及工作原理
  大多数电子系统依赖于正极或负极的电源电压轨,但少数应用需要可以同时为两者的单独电源轨。在这些情况下,正负电源由同一端子提供——也就是说,电源的输出电压可以在其整个电压范围内进行调整,平滑地跨极性转换

  大多数电子系统依赖于正极或负极的电源电压轨,但少数应用需要可以同时为两者的单独电源轨。在这些情况下,正负电源由同一端子提供——也就是说,电源的输出电压可以在其整个电压范围内进行调整,平滑地跨极性转换。例如,一些汽车和音频应用除了传统的电压源之外,还需要可以作为负载并从输出端子吸收电流的电源。汽车系统中的再生制动就是一个例子。单端、双极电源已被记录在案,但可以在输入电压下降(例如冷车发动条件)期间运行,同时继续提供双向功能的解决方案却没有。

  双极、双向电源电路图

  图1显示了一个2级电源,它以4象限控制器(第2级)U1为中心。该4象限转换器由中间总线转换器VINTER(第1级)供电,提供最小-最大范围12V至24V(标称12V至16V)的输出电压,与标称电压范围匹配标准的汽车电池导轨。完整的2级转换器的输出为±10V,可为负载提供3A电流。输出电压由控制器U1的CTRL引脚上的电压源CONTROL信号控制。

吉事励介绍双极和双向电源电路图及工作原理

  图1.双极、双向、2端子电源的电气原理图:VIN=5V至24V,VOUT=±10V,电流为3A。

  低通滤波器CF,RF减轻了控制电压的急剧变化。动力系统包括两个MOSFET,N沟道QN1和P沟道QP1;两个分立电感器,L1和L2;和一个输出过滤器。选择两个分立电感器而不是单个耦合电感器扩展了合适的磁性范围,并允许使用先前批准和测试的扼流圈。由于输出的双极性特性,输出滤波器仅由陶瓷电容器组成。

  全2级转换器的输入电压范围为5V至24V,以涵盖汽车电子产品中的冷启动压降和工业应用中的掉电。升压转换器(第1级)基于控制器U2,无论何时启用转换器,都会将中间总线的电压保持在12V或以上。升压转换器的动力系统包括电感器L3和MOSFETQ1和Q2。2级排列允许下游4象限转换器正常运行,在所有运行条件下向负载提供±10V电压。

  双极电源提供电流时的工作原理

  图2中的波形图显示了图1电路的运行情况。当在VIN处施加输入电压时,如果输入低于该电平,升压转换器会将其输出VINTER调节至12V。如果VIN超过标称12V汽车电源轨的12V典型值,则升压转换器进入Pass-Thru™模式或线模式。在这种模式下,顶部MOSFETQ1以100%占空比增强,始终处于工作状态,因此不会发生切换——施加到四象限转换器的电压VINTER保持相对稳定在等于VIN的电平。

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  图2.波形显示VIN从14V下降到5V。VIN=5V/div,VOUT=5V/div,升压SW=10V/div,时间标度为200µs/div。

  与典型的2级器件(即升压转换器后接降压/反相)相比,这种方法大大提高了系统效率。这是因为系统将花费大部分时间的直通模式下的效率可能接近100%,基本上将电源系统变成了单级转换器。如果输入电压低于12V电平(例如,在冷启动事件期间),则升压转换器恢复切换以将VINTER调节至12V。这种方法允许4象限转换器提供±10V,即使在面临输入电压的急剧下降。

  当控制电压为最大值时——在本例中为1.048V——转换器输出为+10V。如果控制电压为最小值(100mV),转换器输出为–10V。控制电压与输出电压如图3所示,其中控制电压是60Hz正弦信号频率,峰峰值幅度为0.9048V。所得转换器输出是相应的60Hz正弦波,峰峰值幅度为20V。输出从–10V平滑变化到+10V。

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  图3.作为正弦控制信号函数的正弦波输出波形。VCTRL=0.5V/div,VOUT=5V/div,时间刻度为5ms/div。

  在这种操作模式下,四象限转换器调节输出电压。U1通过其FB引脚上的电阻器RFB检测输出电压。将该引脚上的电压与控制电压进行比较,通过比较,转换器的占空比(即QN1上的栅极信号)被调整以保持输出电压处于稳定状态。如果VINTER、CONTROL或VOUT发生变化,则调制占空比以相应地调节输出。MOSFETQP1与QN1同步开关以进行同步整流,以进一步提高效率,如图4所示。

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时间:2021.11.18 来源:吉事励 阅读:5552
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